La evaluación precisa de la vida a fatiga de membranas de intercambio protónico (PEM) es esencial para predecir la durabilidad en celdas de combustible de electrolito polimérico. Este estudio establece un marco de predicción de vida a fatiga físicamente consistente mediante la combinación de la caracterización esfuerzo-deformación de la membrana con un modelado analítico basado en el parámetro Smith-Watson-Topper (SWT) y simulaciones por elementos finitos. La vida a fatiga se evalúa en un rango de niveles de esfuerzo y condiciones ambientales, incluyendo diferentes temperaturas y humedad relativa. El efecto de gradientes espaciales de humedad, frecuentemente pasado por alto en estudios anteriores, se incorpora en las simulaciones in situ, revelando regiones localizadas de estrés elevado y vida a fatiga reducida. Los enfoques analítico y numérico muestran un estrecho acuerdo y eliminan las vidas demasiado largas no realistas reportadas en estudios previos bajo esfuerzos que exceden la resistencia al rendimiento de la membrana, mostrando además una concordancia cercana con recientes mediciones de prueba de ampollas. En conjunto, el marco permite una evaluación de durabilidad in situ más realista y proporciona una base confiable para evaluar el rendimiento de la membrana bajo condiciones operativas prácticas. • Se desarrolla un modelo de vida a fatiga físicamente consistente para membranas PEM. • Las predicciones basadas en SWT concuerdan con resultados de elementos finitos y pruebas de ampollas. • Altos esfuerzos por encima del rendimiento dan vidas a fatiga muy cortas y físicamente realistas. • Los gradientes de humedad controlan el esfuerzo in situ y la localización de la vida mínima a fatiga.
AL-Fatlwe et al. (martes) estudiaron esta cuestión.